Modelación numérica de deslizamientos de ladera en embalses mediante el Método de Partículas y Elementos Finitos (PFEM)

ResumenSe presentan resultados obtenidos mediante la aplicación del Método de Partículas y Elementos Finitos (PFEM) en la simulación de deslizamientos de ladera en embalses. Es un fenómeno complejo, por la interacción entre el material deslizado, la masa de agua del embalse, y el conjunto formado por el vaso y la presa. PFEM es un esquema numérico original con el que se ha afrontado con éxito la resolución de problemas de interacción fluido-estructura. Combina un enfoque Lagrangiano con la resolución de las ecuaciones de elementos finitos mediante la generación de una malla, que se actualiza en cada paso de tiempo. Se presentan resultados de casos de validación en los que se han reproducido ensayos en laboratorio existentes en la bibliografía técnica. Se muestran también otros cálculos más complejos, sobre la cartografía a escala real de un embalse, donde se aprecia el fenómeno de generación de la ola, su propagación por el embalse y la afección a la presa. Por último, se ha modelado el deslizamiento ocurrido en 1958 en la bahía de Lituya (Alaska), en el que la caída de 90 millones de toneladas de roca produjo una ola que alcanzó una sobreelevación máxima de 524 m en la ladera opuesta. Los resultados permiten afirmar que PFEM puede ser una herramienta útil en el análisis de riesgos frente a este tipo de fenómenos, ofreciendo una buena aproximación de las afecciones potenciales.

The paper presents the results of the application of the Particle Finite Element Method (PFEM) to the analysis of landslides in reservoirs. This is a complex phenomenon, because of the interaction between the landslide, the still water in the reservoir and the dam. PFEM combines a Lagrangian approach with the solution of the governing equations of the problem using the FEM. A mesh connecting the initial set of particles (nodes) is re-generated in every time step. Some validation cases are presented, in which PFEM results are compared with experimental data. More complex calculations have been made over the actual geometry of reservoirs taken from the cartographic information of the sites. In these cases the wave generation, its propagation and dam overtopping are reproduced. Finally, Lituya bay rock slide in which 90 × 106 tons of rocks fell on the bay, generating a huge wave that caused a maximum run-up of 524 m on the opposite shore, has been simulated in 3D. The results show that PFEM is a useful tool in risk assessment related with landslides in reservoirs as it gives a good approximation to the potential affections, thus allowing the appropriate design of protection measures.